Процессы и аппараты нефтегазо- переработки. процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии куиии д., Левеншпиль о

• Название: процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии куиии д., Левеншпиль о
• Анкор: Процессы и аппараты нефтегазо- переработки.docx
• Дата: 05.05.2018
• Размер: 2.36 Mb.
• Имя файла: Процессы и аппараты нефтегазо- переработки.docx
• Тип: Документы; #18896
• страница: 35 из 60

l_ga=il^(7,03-l,l5lg_n + _^) _(XIII,₃₂₎

где Т — рабочая температура, К; я — давление в системе, мм рт. ст.

3. 
   ИСПАРЕНИЕ И КОНДЕНСАЦИЯ БИНАРНЫХ И МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ СМЕСЕЙ
   

2791. 
      Процесс частичного испарения (конденсации) исходной смеси, проводимый с целью получения одного из продуктов, обогащенного НКК (ВКК), называется перегонкой (конденсацией).Различают постепенное, однократное и многократное испарение (конденсацию) смесей.
      
2792. 
      Образующийся при перегонке отгон, продукт, обогащенный НКК, в дальнейшем подвергают конденсации. Процесс постепенного испарения (конденсации) осуществляют так, что образовавшаяся в процессе испарения (конденсации) паровая (жидкая) фаза непрерывно удаляется из системы в момент ее образования. При этом принимают, что сосуществующие в системе фазы находятся в состоянии равновесия.
      
2793. 
      Процессы однократного испарения (ОН) или однократной конденсации (ОК) осуществляют таким образом, чтобы образовавшиеся в системе паровая и жидкая фазы оставались в ней до наступления состояния равновесия, после чего их разделяют.
      
2794. 
      Многократный процесс испарения или конденсации состоит в повторении несколько раз процессов ОН или ОК с целью более полного разделения исходной смеси.
      
2795. 
      Схемы рассмотренных процессов даны на рис. XIII-9.
      
2796. 
      В промышленности процессы испарения и конденсации проводят при изобарных или близких к ним условиях.
      
2797. 
      
      748. 
           
           
      749. 
           Рис. XIII-9. Основные виды процессов испарения и конденсации:
           
      1. 
         — процессы испарения; а — постепенное; 6 — однократное (ОИ); в — многократное;
         
      2. 
         — процессы конденсации; г — постепенная; д — однократная (ОК); е — многократная; I, V — испаритель; 2, 2' — конденсатор; 3 — приемник; 4, 4* — испаритель; 5, 5* — разделительный сосуд (сепаратор).
         
      
      
      
2798. 
      Постепенное испарение (конденсация). При постепенном испарении (конденсации) образуются бесконечно малые порции пара (жидкости), поскольку бесконечно мало изменение температуры системы. Обозначим число молей исходной загрузки g'
      
2799. 
      ё = £ В[
      
2800. 
      При бесконечно малом изменении температуры исходная загрузка изменится на величину dg'
      
2801. 
      dg' = £ dg]
      
2802. 
      (О
      
2803. 
      При этом соответствующие порции компонентов dg'i перейдут из жидкой фазы в паровую. Согласно определению, концентрации любого компонента смеси составят: в паровой фазе
      
2804. 
      , _ dg'i _ dg'i ^J Ц dg] dg'
      
2805. 
      в жидкой фазе
      
2806. 
      Между тем образовавшаяся паровая фаза находится в равновесии с жидкой фазой, т. е.
      
2807. 
      Vi = V
      
2808. 
      
      dgj
      
      dg'
      
      
      = K_t
      
      
      II
      
      g'
      
      Отсюда следует, что
      
2809. 
      или
      
2810. 
      dg g
      
2811. 
      Полученное дифференциальное уравнение имеет следующее решение:
      
2812. 
      in=/<_г in-V (хш,зз)
      
2813. 
      где F'i и F' — начальное количество данного компонента и исходной загрузки.
      
2814. 
      Аналогичное уравнение можно составить и для /г-го компонента смеси
      
2815. 
      
      g
      In -Е±- = Кк ^|п Г, F г
      
2816. 
      
      поскольку KJKk тучесги
      
      
      a_{it k} — коэффициент
      
      
      относительной ле-
      
      
      In
      
      
      8t_
      
      F‘t
      
      
      — at,k^ln
      
      
      El
      
      К
      
      
      (XIII,34)
      
      ^гк
      
2817. 
      Если обозначить долю отгона в дистиллят е* = (F' — g')IF', то
      
2818. 
      е\ = О

^e')^xi

_g> _=F'(l-e’) и

^Ft ^{= Fx}i,F

где xi_t f — концентрация компонента в исходной смеси.

Тогда уравнение (XII 1,34) можно представить в следующем виде:

(XIII, 35)


Jfl
(1-е')*; (1-^е') Ч

; = ^al, к In ;

^Xi,F ^Xk, F

Уравнения (XIII,34) и (XIII,35) позволяют рассчитывать процесс постепенного испарения (конденсации) с учетом того, что при конденсации

1 -е’=r' (XIII ,30)

где г' — доля конденсации исходных паров.

Начальный состав жидкости x'i,f определяется из условия равновесия с исходным паром. Для бинарной смеси уравнение (XIII,35) запишется в виде

(1 — е')х’ . (1 — с') (1 — х') _(Yn,

In-⁵ т-t-—= aln — — (XIII,3/)

Хр 1 Хр

Составы компонентов смеси х\ должны удовлетворять уравнению изотермы жидкой фазы

^п = Ц ^pi*t
(О

или

= 1 (XI 11,38)

(<)

Обычно предварительно задаются температурой конца процесса, затем по уравнению (XIII,37) определяют составы х’ и проверяют их соответствие уравнению (XIII,38).

Однократное испарение (конденсация) бинарных смесей. Схема процесса ОИ показана на рис. XII1-9. Материальный баланс процесса может быть представлен уравнениями: общий

F=D+W (XIII,39)

и для низкокипящего компонента

Fx_F=Dy + Wx (XIII,40)

где F — масса сырья; D — масса отгона; U? — масса остатка; х, у — концентрация низкокипящего компонента в жидкости и паре.

При совместном решении приведенных уравнений получим _D ₌ x_F — x^_e (XIII,41)

Ь у —х

Отношение DIF = е массы образовавшихся паров к массе исходной смеси называется долей отгона.

Аналогичное соотношение можно записать и для мольных единиц. Уравнение (XIII,40) в мольных единицах с использованием доли отгона можно записать в следующем виде:

х'р = е у -(- (1 — е ) х (XIII,42)

Поскольку образовавшийся пар и жидкий остаток находятся в равновесии, то у' = К_а^х'■ С учетом этого соотношения уравнение (X 111,42) можно представить следующим образом:

(XIII,43)


(XIII,44)

Х_р — X Хр — х

⁶ У’ —X' ^_ (К_а — \)Х'

Заменив х' согласно уравнению (XIII,25), получим

, _ ^XF (Ка *») — (1 ^— Х_ш)

(Ka-VV-Kw)

Из уравнения (XIII,44) при известной концентрации НКК в исходной смеси и заданных температуре и давлении можно однозначно определить мольную долю отгона. Массовая е и мольная е' доли отгона связаны следующим соотношением. Число молей образовавшихся паров равно FelM_y, где М_у — молекулярная масса паров. Это же число молей будет равно Fe'IM_cu, где М_си — молекулярная масса исходной смеси. Отсюда получаем соотношение

е.М_см=е'М_у (XIII,45)

Так как М_сы > М_и, то е < е'.

Процесс ОИ связан с подводом тепла Q_B и характеризуется следующим уравнением теплового баланса:

n?_F + QB=^Dit + ^m? (XIII,46)

Из материального баланса

W =F—D

тогда уравнение (XIII,46) можно записать так

(XIII,47)


(XIII,48)

D(i4-ir)=F[(i^ ₊ Q_B/F)-iT]

обозначив

*?_f + Qb/^p = *

получим

D 9-*Г

На энтальпийной диаграмме уравнение (XIII,49) представляет собой прямую, проходящую через три точки: (x_F, 0), (х, tf)

и (у, i"). Процесс ОИ бинарной смеси можно проанализировать, используя изобарные температурные кривые и энтальпийную диаграмму (рис. XIII-10).

Точка F отвечает исходной смеси состава х_Р при температуре t_P. Нагревание жидкости от температуры t_F до ^ на обеих диаграммах соответствует перемещению по вертикали от точки F до W₁ (соответственно г^), так как состав смеси не изменяется. В точке И?! (или w_x) температура смеси t_l соответствует температуре ее кипения. Образующийся при этом пар у_к находится в рав

У2

новесии с исходной жидкостью!

При ОИ сырью сообщается тепло Q_B и его температура достигнет величины t (точки С и с). Положение точки с определяется ординатой 0 и абсциссой х_Р.

В точке С (или с) система становится двухфазной, составы и энтальпия жидкости и пара, образовавшихся в процессе ОИ, определяются точками W (или w) и D (или d).

Уравнение (XIII,49) соответствует прямой wd. Из сопо-

Рис. XIII-10. Представление процесса ОИ (ОК) бинарной смеси на изобарных температурных кривых и энтальпийной диаграмме.

ставления этого уравнения с отрезками прямых на рис. ХШ-10 следует, что

wc we

^е WD wd

Величина 0 определяет количество тепла, внесенного в процесс на единицу массы сырья. Из уравнений (XIII,41) и (XI11,48) получим


е


Хр — х